Текст книги "Изобретения Дедала"

Автор книги: Дэвид Джоунс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 22 страниц)

Водяная горка

Насколько удобнее стали бы каналы, если бы нам удалось избавиться от шлюзов, обеспечивающих требуемый перепад уровней! Дедал вспоминает опыт с сообщающимися сосудами: если наполнить сосуды жидкостями с различной плотностью, то уровень более плотной жидкости установится ниже уровня менее плотной. Используя жидкости различной плотности, в системе из нескольких сообщающихся сосудов можно получить ступенчатый перепад уровней. В пределе, утверждает Дедал, добившись каким-то образом непрерывного увеличения плотности жидкости, можно получить наклонную поверхность жидкости.

 Вначале Дедал рассчитывал просто подогревать воду с одной стороны, чтобы за счет теплового расширения уменьшать ее плотность. Однако этот эффект слишком слаб и вдобавок осложнен наличием конвекции. Поэтому Дедал предлагает теперь стабилизировать наклонную поверхность воды, насыщая ее плотными магнитными частицами. Мощные постоянные магниты, установленные у нижнего уровня шлюза, создают требуемый градиент плотности. (Помещая жидкости в магнитное поле, действительно удается наблюдать изменение уровня.) Новые шлюзы обеспечат беспрепятственный проход судов вверх и вниз по каналу, – правда, при входе в такой шлюз судно резко изменит свою плавучесть. Гибкая перегородка будет отделять магнитную жидкость от остальной воды в канале.

Для «водяной горки», придуманной Дедалом, можно найти множество полезных применений. Полезная емкость резервуаров, например, существенно увеличится, если наливать в них жидкость «с верхом». Это избавит нас от необходимости строить новые дорогостоящие водохранилища. Возникнут новые виды спорта – скажем, катание с гор на водных лыжах. Неизвестно только, как отнесутся к «магнитным водоемам» водоплавающие птицы.

New Scientist, September1, 1966

Из записной книжки Дедала

Колебания уровня магнитной жидкости под действием вертикального магнитного поля сложной структуры. (С разрешения Дж. Поплуэлла и С. Чарльза.)

Сонное царство

Дедал – «поздняя птица». Сознательно воспринимать окружающую действительность он начинает лишь часов с десяти утра, хотя «внутренний автопилот» (своего рода особый отдел спинного мозга) позволяет Дедалу создавать видимость деятельности и в более ранние часы. Зависть Дедала к «жаворонкам», способным заниматься полезной деятельностью уже в первой половине дня, может сравниться только с тем чувством жалости, которое Дедал испытывает ко всем, кто вынужден приноравливаться к жесткому режиму службы от звонка до звонка. Дедала интересует, какой механизм обеспечивает связь внутреннего ритма организма с официально принятым гражданским временем. Он подозревает, что его собственный жизненный ритм синхронизирован по радиопередачам последних известий, и пытается проверить это, соединив будильник с магнитофоном, так чтобы эта система записывала передачи новостей и затем воспроизводила их во внеурочные часы. Однако смена дня и ночи или передачи Би-Би-Си не единственные факторы, которые могут управлять чередованием бодрствования и сна. Вполне возможно, что суточные биоритмы чувствительны к изменениям температуры, переменным электромагнитным полям, наличию или отсутствию различных характерных звуковых шумов и т. п. – эти и другие факторы могут играть роль «времязадающих параметров». В этой связи Дедал вспоминает о недавних экспериментах, в которых суточными биоритмами мышей, обычно подчиняющимися смене дня и ночи, стали управлять при помощи электрического поля, которое изменялось (включалось и выключалось) с периодом 12 ч. При постоянном освещении мыши начинали различать «день» и «ночь» по наличию или отсутствию электрического поля. Дедал надеется, что если аналогичный рефлекс выработать у человека, то он станет идеальным средством для перестройки нашего жизненного ритма. Придуманная Дедалом электрическая кровать оснащена датчиками, которые определяют, лежит ли человек на кровати и спит ли он. Во время сна всегда включается электрическое поле, так что через некоторое время пациент начинает связывать наличие поля со сном. Тем временем небольшой компьютер составляет график сна и рассчитывает суточный ритм пациента. Накопив достаточную статистику, электрическая кровать автоматически начинает сдвигать период наличия электрического поля в нужном направлении (например, поле остается включенным с 11 ч вечера до 7 ч утра), и постепенно режим сна пациента приводится к общепринятой норме. Это позволит избавить от страданий недосыпающих служащих. Электрическая кровать может быть запрограммирована таким, образом, чтобы помочь сменным рабочим приспособиться к меняющемуся режиму сна. В портативном варианте (в виде «электрической подушки») таким устройством могут с успехом пользоваться экипажи авиалайнеров, обслуживающие дальние рейсы, и командированные, перелетающие из одного часового пояса в другой ([11], [12]).

New Scientist, March 15, 1973

Комментарий Дедала

Опыты над мышами, о которых я упоминаю, проводились на биологическом факультете Нью-Йоркского университета (Nature, 222, May 10, 1969, p. 564). Со свойственной биологам наивностью авторы подвергали мышей действию электрического поля, повышая с периодом в 24 ч потенциал клетки до 500 В. Находясь внутри металлической клетки, мыши почти не испытывали действия электрического поля, которое существовало лишь между прутьями клетки и вдоль стенок. Высокое напряжение на клетке представляло бы смертельную опасность скорее для любителей мышей, если бы им захотелось просунуть в клетку лакомый кусочек для своих подопечных. Тем не менее включение и выключение электрического поля одновременно со светом по суточному циклу выработало у мышей условный рефлекс. Когда свет переставали выключать и клетка постоянно освещалась круглые сутки, мыши начинали определять смену дня и ночи по наличию или отсутствию электрического поля. В течение всего эксперимента режим сна и активности оставался в фазе с внешним электрическим полем. Любопытно отметить, что не все подопытные мыши подчинялись общему ритму – у некоторых из них был заметно выражен сдвиг режима активности по отношению к изменению поля. Так что электрическую кровать, вероятно, придется оснастить каким-то автоматическим устройством, которое учитывало бы индивидуальные особенности пациентов.

Развлекательные телепрограммы и математика

Дедал серьезно обеспокоен растущей потребностью в новых телевизионных каналах. Едва ли эта потребность продиктована разнообразием вкусов телезрителей – большинство из них смотрят телевизор точно так же, как смотрели бы в окно вагона или в стеклянную дверцу стиральной машины на кувыркающееся в барабане белье. Дедал предлагает простой способ сэкономить огромные средства, идущие на строительство новых телевизионных передатчиков и ретрансляторов, и облегчить участь несчастных сценаристов, вынужденных придумывать все новые и новые сюжеты. В этой связи он вспоминает о работе, в которой был проведен статистический анализ поэм Гомера. В этом исследовании полностью игнорировались и сюжет, и общая композиция произведений. Предполагалось, что каждый эпизод в поэмах выбирался автором исключительно произвольно. Похоже, что многие телепередачи в наши дни строятся именно по такому нехитрому принципу: средний, не слишком внимательный зритель все равно не стремится уследить за развитием сюжета.

Дедал приступил к статистическому анализу большого числа телевизионных передач, определяя вероятности переходов от одной сцены к другой. Полученные значения вероятностей вместе с обширной подборкой различных эпизодов вводятся в память ЭВМ. Изобретенный Дедалом «стохастический генератор развлекательных телепрограмм» (СГРТ) на основе этого материала составляет бесконечную последовательность типичных телевизионных шоу по следующему принципу: выбирается сцена из класса «завязок», затем, с учетом статистического веса, происходит переход к случайно выбранной следующей сцене и т. д., пока, опять же случайным образом, не выбирается финал (например, «хэппи энд»). Таким образом, программа, составленная Дедалом, мало будет отличаться от средних убаюкивающих телевизионных передач – неожиданные повороты сюжета и драматические коллизии будут встречаться в ней не слишком часто, поскольку их вероятности малы. Правда, чтобы придать программе внутреннюю логику, придется предусмотреть дополнительные ограничения. Например, движущиеся элементы в каждом эпизоде (люди, автомобили и т. д.) следует выбирать из ограниченного состава реквизита, который если и не постоянен на протяжении всего сюжета, то меняется довольно медленно. Потребуется и некоторое минимальное общее планирование сюжета. СГРТ, имеющий в памяти несколько тысяч эпизодов (каждый из которых допускает как можно больше незначительных вариаций), будет вполне удовлетворительно имитировать обычный телеканал, и его можно выпускать в виде компактной приставки к телевизору. Такие приставки полностью удовлетворят основную массу невзыскательных телезрителей, а телевизионные центры получат возможность лучше позаботиться о тех немногочисленных ценителях, которые действительно желают смотреть что-то стоящее.

New Scientist, May 20, 1976

Комментарий Дедала

Упомянутый статистический анализ поэм Гомера был проведен в диссертации выпускника Лондонского королевского колледжа П. В. Джоунса «Тематическая структура «Одиссеи» Гомера». Композиция поэмы рассматривается как случайный процесс первого порядка; другими словами, предполагается, что Гомер не учитывал предшествующего развития событий, а выбирал каждый следующий эпизод только на основании возможностей, существующих на данном этапе повествования. Такая модель устного предания не является слишком грубой, и в то же время ее легко рассчитать с помощью ЭВМ. Полученные результаты подтвердили обоснованность подобного подхода. (Нужно отметить, что Гомер все же учитывал предшествующее развитие событий – насколько это было необходимо, – чтобы избежать повторов; компьютер в этом смысле иногда ошибался.)

Статистический анализ и моделирование телевизионных программ не представляют особых принципиальных трудностей. При современных возможностях вычислительной и телевизионной техники реализовать эту задачу значительно проще, чем десять лет назад. Каждый кадр телевизионного изображения хранится в памяти ЭВМ в цифровой форме, и компоновка телевизионного сюжета может вестись в реальном масштабе времени, причем каждый кадр сюжета монтируется из отдельных блоков, соответствующих основному и побочным планам изображения. Кроме того, существует возможность изменения масштаба кадра, зеркального и негативного преобразования изображения и т. д. Все это позволяет современному СГРТ составить из ограниченного набора отдельных эпизодов такое количество сцен и образов, что даже внимательный зритель не скоро заметит ограниченность «репертуара» генератора.

Невероятная популярность появившихся в последнее время телевизионных игр позволяет заключить, что даже самый примитивный сюжет может очень долго сохранять свою привлекательность, если зритель имеет возможность вмешиваться в него. Таким образом, позволив телезрителю управлять развитием сюжета (например, регулировать вероятность перехода от одной сцены к другой), мы создадим СГРТ, служащий неиссякаемым источником развлечения даже при весьма ограниченном выборе основных сцен и персонажей.

Всевозможные телевизионные сюжеты могут быть распределены в многомерном пространстве изображений. Выбрав подходящую размерность этого пространства, сюжеты можно разместить так, что вероятность перехода от одного к другому будет обратно пропорциональна расстоянию между ними в пространстве. Наиболее «ходовые» сюжеты (спортивные, детективные и т. п.) образуют плотные скопления в пространстве изображений; редкие и нетипичные сюжеты представляются изолированными точками. Любая телевизионная программа может быть представлена переходами в пространстве изображений. СГРТ монтирует телевизионную программу, переходя от одной сцены к другой с учетом статистического веса вероятностей перехода: короткие прыжки более вероятны, чем длинные.

Карусель для толстяков

Человеческий организм – это совершеннейшая система обратной связи. Он способен поддерживать постоянными температуру и другие параметры при изменении внешних условий в самых широких пределах. Известно, что высокую температуру тела сбивают не охлаждением пациента, а, наоборот, согревая его одеялами и горячим питьем, – точно так же, как залипший термостат можно переключить на охлаждение, поднеся зажженную спичку к его датчику. Этот же принцип можно применить и для регулирования других параметров – например, чтобы помочь тем несчастным, которые, несмотря на самые строгие диеты, не могут избавиться от лишнего веса. Дедал рассматривает ожирение как нарушение нормальной функции какого-то внутреннего «весостата» и пытается понять, каким образом человеческий организм измеряет собственный вес. Вначале Дедал ратовал за поиски анатомических «датчиков веса» в пятках и ягодицах, определяющих весовую нагрузку у стоящего и сидящего человека, однако теперь он пришел к выводу, что здесь действует более общий механизм обратной связи. Поэтому любая искусственная перегрузка, увеличивающая ощущение тяжести, должна переключить «весостат», вызывая тем самым тенденцию к похудению.

Естественно было бы применить для этих целей центробежную силу. В технике уже хорошо отработаны конструкции больших центрифуг и вращающихся ресторанов, так что нет серьезных препятствий к созданию вращающихся санаториев, в которых за счет центробежной силы вес пациента будет увеличиваться, скажем, в полтора раза. Нет сомнения, что такая перегрузка, действующая достаточно долгое время, приведет к желаемым результатам. Для создания соответствующего ускорения на расстоянии 50 м от оси вращения конструкция должна совершать всего-навсего четыре оборота в минуту; чтобы сила тяжести при вращении всегда была перпендикулярна полу, каждую палату можно установить на качающемся подвесе. Для тех, кто предпочитает худеть, не прибегая к услугам санатория, Дедал разрабатывает вращающееся обеденное кресло, в критические моменты уменьшающее аппетит.

Из этих рассуждений вытекает неожиданное следствие, касающееся опасности, которая может угрожать космонавтам, длительное время находящимся в условиях невесомости. Их внутренние весостаты переключатся на «повышение», так что за время полета, скажем, к Марсу они успеют изрядно поправиться.

New Scientist, February 15, 1968

Из записной книжки Дедала

Медики утверждают, что любой человек, вес которого превышает норму на 10% и больше, должен лечиться. Таким образом, чтобы организм автоматически начал избавляться от лишнего веса, кажущийся вес придется увеличить не менее чем на 10%; иначе говоря, ускорение «силы тяжести» в центробежной клинике должно составлять по меньшей мере 1,1g. Человек с трудом переносит ускорение в 2g, поэтому разумно ограничиться величиной 1,5g. По обычному правилу сложения векторов нетрудно определить, что горизонтально направленная центробежная сила должна создавать в таком случае ускорение в 1,12g; при этом результирующий вектор ускорения, равный 1,5g, будет направлен под углом 48,2° к вертикали.

Центробежное ускорение равно а = rω² = 1,12g = 11 м/с², отсюда получаем, что при радиусе r = 50м конструкция должна вращаться с угловой скоростью ω = (11/50)^½ = 0,47 рад/с = 4,5 об/мин. Не так уж быстро!

Удобнее всего спроектировать санаторий в виде длинного параболического коридора – так, чтобы в любой точке «сила тяжести» была направлена перпендикулярно к полу и возрастала по мере удаления от оси вращения. Тогда мы сможем перемещать пациентов в области с различной силой тяжести, исследуя возникающие при этом терапевтические эффекты. Вход в санаторий можно устроить внутри пустотелой центральной оси, чтобы обслуживающий персонал мог свободно входить и выходить, не останавливая вращения конструкции (вспомним, как осуществляется подача боеприпасов во вращающуюся орудийную башню). Строительство такого санатория обойдется недешево, но, учитывая, что сотни миллионов долларов ежегодно расходуются впустую желающими похудеть, новый эффективный способ лечения должен окупиться очень быстро.

Комментарий Дедала

Идеи, выдвинутые в этой заметке, вскоре получили реальное подтверждение. Меньше чем через месяц после публикации американский журнал Time (March 8, 1968, p. 52) сообщил о проводимых экспериментах над крысами, которые при длительном пребывании во вращающейся центрифуге начинали терять в весе. Упоминалось также, что после продолжительного космического полета у космонавтов заметно увеличивается вес.

Позднее я узнал, что еще до меня физиологи выступали с аналогичными предложениями. Д-р Р. Пассмор описывает (Penguin Science Survey В, 1964, p. 144) опыты, которые проводил Чарлз Доддс, позднее ставший ректором Королевского медицинского колледжа. Доддс пытался увеличивать вес животных и людей свинцовыми грузами, а затем понижать вес, поднимая своих пациентов на воздушных шарах и наблюдая, как это влияет на потребность в пище и на собственный вес тела. Он сообщает, что единственным результатом подобных экспериментов было то, что коллеги-медики усомнились в его психической полноценности. К счастью, я уже не опасаюсь этого…

Автомат-поддакиватель

Любой разговор между людьми обычно сопровождается мимическими движениями. Именно посредством мимики говорящий показывает, что он закончил свою реплику или что он ожидает ответа. В разговоре по телефону аналогичные знаки подаются голосом: «ммм», «угу» и т. д. В важности этих звуков нетрудно убедиться – стоит лишь перестать произносить их. Уже через несколько секунд ваш собеседник забеспокоится: «Алло, ты слышишь меня?» Только человек с сильной волей или большой себялюбец может говорить в немую трубку на протяжении целой минуты, прежде чем заподозрит неладное. Дедал часто оказывается жертвой бесконечно утомительных телефонных монологов. Поэтому он поставил перед психологами фирмы КОШМАР задачу расшифровать код телефонных междометий, чтобы получить возможность имитировать его с помощью ЭВМ. Электронное устройство будет улавливать вербальные сигналы (например, восходящую интонацию в конце вопросительного предложения) и откликаться соответствующими репликами («да-да», «конечно», «неужели?» и пр.), чтобы не вызывать беспокойства у собеседника, который тем самым получает возможность говорить, сколько ему вздумается, не отрывая людей от дела. В тех случаях, когда компьютер не в состоянии дать подходящий ответ, он обращается за помощью к человеку или включает запись громкого шипения, скрежета и прочих телефонных сюрпризов, заглушая нечленораздельный ответ. Дедал предвидит огромный спрос на это устройство. Единственный его недостаток – это опасность того, что два таких устройства, подключенные на обоих концах телефонного канала, окажутся втянутыми в бесконечные, бессмысленные и дорогостоящие переговоры.

В «поддакивательном автомате» скрыты также немалые творческие возможности. Подавая ободрительные звуки в наушники, он будет способствовать внутреннему раскрепощению дикторов радио и тех, кто работает с диктофоном, – пока что им приходится говорить в бесстрастный микрофон. Большинство гениальных идей рождается у Дедала, когда он разговаривает с друзьями, ничего не понимающими в его проблемах: благожелательная аудитория помогает развивать концепции, которые в иных условиях остались бы задавленными. Несколько поддакивательных автоматов будут установлены в лабораториях фирмы КОШМАР для сотрудников, желающих обсудить свои проблемы, высказать блестящие, но сомнительные идеи, не разглашая их, и даже поворчать на начальство. Нет сомнения, что участливые автоматы заметно улучшат моральный климат в отделах фирмы.

New Scientist, March 14, 1974

Комментарий Дедала

Очень многое может зависеть от слушателей. В интервью с Энтони Кэртисом Эрик Лейтуэйт [18] заметил:

Все свои запатентованные изобретения, кроме одного, я сделал, с кем-то беседуя, как сейчас с вами. Встречаясь с заинтересованным собеседником, я как бы высасываю из него информацию – он этого не замечает, но мне приходится излагать для него все свои соображения более подробно, чем я делал бы это для себя, и в этих попытках внести ясность и возникает открытие.

(New Scientist, Sept. 20, 1973)

Такую беседу, стимулирующую развитие идеи, Лейтуэйт называет «разговором в согласованную нагрузку».

Для создания подобного эффекта требуется не так уж много. С тех пор как я описал свой поддакивательный автомат, игры с компьютером стали очень популярным развлечением. Причина очевидна: ЭВМ как бы обладает «характером» – неуступчивым, упрямым, ограниченным, но сильным. И в случае, если машина запрограммирована хотя бы на самое простейшее подражание человеку, эффект получается неотразимый. Когда Джо Уайзенбаум из Массачусетского технологического института составил свою программу ЭЛИЗА, которая пародировала роль психотерапевта, он с ужасом обнаружил, что многие из жертв розыгрыша принимали его затею всерьез и требовали, чтобы их оставили с компьютером наедине, желая излить ему свои печали. Они не верили, что машина просто жонглирует словами, не понимая их смысла.

Нет сомнения, что говорящий электронный собеседник, лишь ненамного более сложный, чем поддакивательный автомат, завоюет огромную популярность не только у изобретателей, нуждающихся в благожелательной поддержке, но и у всех, кто ищет сочувствия, участия и внимания, но, к сожалению, находит это пока лишь у кошек и собак. В сочетании с усовершенствованным вариантом «фейкодера» (см. Фейкодер), изображающего понимание и интерес, такой аппарат станет идеальным техническим средством против одиночества, невроза, отчужденности и мировой скорби.